一種硬密封球閥的結構和工作原理

1、概述

        由于球閥具有流阻小、啟閉速度快和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),因此使用非常廣泛,如石油、化工、電站和石油、天燃氣長(cháng)輸管線(xiàn)等。球閥的密封是通過(guò)在球體和閥座之間預先設定的預緊力加上流體壓力在閥座密封面上引起的作用力形成的,一般球閥的預緊力采用在閥座與閥體配合部位之間設置彈性元件,如碟形彈簧和柱狀彈簧等來(lái)形成。球閥在啟閉過(guò)程中,預緊力始終作用在密封副的表面上,致使球閥的啟閉力矩大于其他類(lèi)型閥門(mén)。同時(shí)預緊力也加大了密封件的磨損,影響了球閥的使用壽命。為了克服上述缺點(diǎn),在球體與閥座之間設計了螺旋傳動(dòng)機構。該閥已申請國家發(fā)明專(zhuān)利( 申請號為:20091001084214) 。

2、工作原理

        球閥由閥體、閥蓋、球體、閥座和閥桿等組成(圖1) 。

1閥蓋　2閥桿　3O形圈　4球體　5支軸　6傳動(dòng)銷(xiāo)　7傳動(dòng)盤(pán)　8閥座體　9閥體

圖1　硬密封球閥

        閥座在閥體內沿軸線(xiàn)移動(dòng)是由螺線(xiàn)傳動(dòng)機構完成的。具體是在球體上下各安裝一個(gè)圓形傳動(dòng)盤(pán),在傳動(dòng)盤(pán)上設有螺線(xiàn)槽,傳動(dòng)盤(pán)隨球體一起轉動(dòng)。在閥座上下各設置傳動(dòng)銷(xiāo),傳動(dòng)銷(xiāo)與傳動(dòng)盤(pán)上的螺線(xiàn)槽相嚙合。當啟閉閥門(mén)時(shí),球體轉動(dòng)并帶動(dòng)傳動(dòng)盤(pán)一起轉動(dòng)。當閥門(mén)關(guān)閉時(shí),傳動(dòng)盤(pán)上的螺線(xiàn)槽通過(guò)閥座上的傳動(dòng)銷(xiāo)拉動(dòng)閥座向球體運動(dòng),在關(guān)閉瞬間與球體緊密接觸,實(shí)現密封。在開(kāi)啟瞬間,螺線(xiàn)槽通過(guò)閥座上的傳動(dòng)銷(xiāo)推動(dòng)閥座脫離球體,實(shí)現無(wú)摩擦操作。根據固定球閥的閥桿力矩計算式

MF =MQC +MFT +MZC (1)

式中MF ———球閥的閥桿力矩,N·mm

        MQC ———固定球球閥的球體與閥座密封面間的摩擦力矩,N·mm

        MFT ———填料與閥桿間摩擦力矩,N·mm

        MZC ———軸承產(chǎn)生的摩擦力矩,N·mm

        由于閥座的沿軸線(xiàn)移動(dòng)是采用螺線(xiàn)傳動(dòng)機構,閥門(mén)在啟閉過(guò)程中,閥座與球體間不受力,因此式(1)簡(jiǎn)化為

MF =MFT +MZC (2)

        從式(2)的計算可以得出,閥桿力矩大大的減小。

3、螺線(xiàn)傳動(dòng)機構設計

        閥座上下各設有2個(gè)傳動(dòng)銷(xiāo)與傳動(dòng)盤(pán)上的4條螺線(xiàn)槽相嚙合,螺線(xiàn)槽的螺距為1mm。螺線(xiàn)槽的位置,在閥門(mén)開(kāi)位時(shí)閥座上傳動(dòng)銷(xiāo)的位置為起始點(diǎn),逆時(shí)針轉動(dòng)90°為螺線(xiàn)槽終點(diǎn)(圖2) 。傳動(dòng)盤(pán)通過(guò)鍵與閥桿聯(lián)在一起并隨球體轉動(dòng)。在啟閉閥門(mén)時(shí),球體和傳動(dòng)盤(pán)轉動(dòng),通過(guò)傳動(dòng)盤(pán)上的螺線(xiàn)槽將動(dòng)力傳到閥座上,使閥座沿軸線(xiàn)產(chǎn)生往復運動(dòng)。

圖2　螺線(xiàn)槽結構

4、結語(yǔ)

        本硬密封球閥與現有技術(shù)相比具有結構緊湊、簡(jiǎn)單,體積小和質(zhì)量輕等特點(diǎn),此結構還具有雙向密封、防火、防靜電功能。最主要的是實(shí)現了球體與閥座之間基本無(wú)摩擦,延長(cháng)了閥門(mén)的使用壽命,減小了閥門(mén)的啟閉力矩。該結構特別適用大口徑電動(dòng)球閥,節能效果非常顯著(zhù)。